АЧР энергосистем - Особенности работы АЧР в энергосистеме с преобладанием ТЭЦ

В энергосистемах и районах с крупными потребителями тепловой энергии и существенной долей ТЭЦ с турбинами с противодавлением (типа Р) и турбинами с промышленными отборами (типа ПТ) протекание аварийных процессов с понижением частоты и работой АЧР имеет особенности, связанные со взаимным влиянием режимов работы потребителей тепловой и электрической энергии.
Турбины типа Р работают на коллектор, из которого осуществляется отбор пара к тепловому потребителю. Работа таких агрегатов осуществляется по тепловому графику, и мощность турбины однозначно определяется расходом пара, отдаваемого потребителю. При работе турбин типа Р на общую электрическую сеть поддержание частоты в энергосистеме осуществляется агрегатами других типов, а управление турбинами с противодавлением подчиняется лишь требованиям теплового потребителя и осуществляется регулятором давления (РД), поддерживающим постоянство давления отработавшего пара, идущего к потребителю, и воздействующим на регулирующие клапаны турбины. Имеющийся на этих турбинах АРЧВ выполняет только защитные функции, предотвращая недопустимые забросы оборотов при больших сбросах электрической мощности или отключении агрегата от сети.
В турбинах типа ПТ регулированию подвергаются два параметра — частота вращения агрегата и давление пара в отборе. Как АРЧВ, так и РД управляют регулирующими клапанами ЧВД и ЧНД, причем при действии АРЧВ клапаны ЧВД и ЧНД перемещаются в одну сторону, а при действии РД — в противоположные. При этом осуществляется так называемая система связанного регулирования, обеспечивающая независимость (автономность) регулирования частоты вращения и давления. Условия независимости регулирования соблюдаются только в пределах изменения режимов, когда регулирующие клапаны турбины не достигли крайних положений, а муфты АРЧВ и РД не достигли ограничителей.
При срабатывании АЧР и отключении на предприятиях приемников электроэнергии происходит нарушение технологического процесса. Как следствие этого, сокращается и потребление пара, причем на ряде предприятий весьма существенно. По этой причине повышается давление в коллекторах производственных отборов турбин ТЭЦ. Регуляторы давления в отборах турбин ПТ и на «выхлопе» у турбин Р снижают расход пара соответственно в отбор и через турбину, стремясь поддержать давление в коллекторе постоянным. У турбин ПТ это приводит к загрузке части низкого давления и увеличению расхода пара в конденсатор. В результате их мощность остается практически неизменной. В то же время снижение расхода пара через турбину Р приводит к снижению активной мощности турбоагрегата. Таким образом, при наличии на электростанции турбин типа Р отключение нагрузки устройствами АЧР может в конечном итоге приводить к снижению мощности ТЭЦ и увеличению дефицита мощности в районе. Значение и длительность снижения частоты в результате такого процесса в значительной степени определяются структурой технологического процесса предприятий, степенью его автоматизации, соотношением мощностей турбин ПТ и Р на электростанции. Анализ таких процессов и проведенные исследования показали, что время от момента срабатывания АЧР до сброса тепловой нагрузки составляет 3—7 мин. Имели место случаи, когда отключение части потребителей устройствами АЧР приводило к снижению генерируемой мощности ТЭЦ, в 2—3 раза превышающему размер отключенной нагрузки. Таким образом, аварийная разгрузка в районах с большим потреблением тепла должна выполняться с учетом этих особенностей. В противном случае она может не только оказаться неэффективной, но, более того, может явиться причиной дальнейшего развития аварии.
Задача поддержания мощности ТЭЦ при работе АЧР в районах с большим потреблением тепла, как показал опыт эксплуатации, является весьма важной для целого ряда энергосистем (Башкирской, Кузбасской, Куйбышевской, Омской, Ленинградской и др.). Решению этой задачи был посвящен ряд исследований, из которых можно выделить работы САО Союзтехэнерго [29].
Эта задача решается, с одной стороны, рациональным размещением устройств АЧР в энергосистеме, приводящим при сохранении необходимого объема разгрузки к минимальному сбросу потребления пара на предприятиях. В каждом конкретном случае это требует проведения детального анализа технологического процесса на предприятиях и определения взаимосвязи между отключаемой электрической нагрузкой и сбросом тепловой нагрузки. На отдельных объектах для обеспечения этого условия может потребоваться при том же объеме АЧР установка значительного числа дополнительных устройств разгрузки.
С другой стороны, поскольку сброс электрической мощности ТЭЦ при сбросе тепловой нагрузки определяется турбинами типа Р, эта задача может быть решена путем поддержания неизменного расхода пара через турбины Р. Этого можно достичь путем автоматического вывода из работы на время, достаточное для ликвидации аварийной ситуации, регулятора давления в отборе турбины. В результате все снижение расхода пара воспринимается турбинами ПТ. Это мероприятие может быть осуществлено, если на производственный коллектор работают как турбины Р, так и турбины ПТ.
Проверка эффективности этого мероприятия была проведена САО Союзтехэнерго на одной из ТЭЦ Башкирэнерго [29], на которой на общий коллектор 1,6 МПа работали турбины Р-25-90, ПТ-60-90 и три турбины ПТ-60-130 (имитация сброса тепловой нагрузки проводилась увеличением расходов в производственный коллектор через БРОУ 100/16).

Рис. 8.10. Зависимость электрической мощности турбин Р (1), расхода пара в отбор, турбин ПТ (2) и сброса тепловой нагрузки (3) от давления в коллекторе (регулятор давления турбины Р выведен)
При выведенном регуляторе давления на всех турбинах были сняты зависимости изменения электрической мощности Рэл турбин Р, расхода пара qnT в отбор турбин ПТ и величины сброса тепловой нагрузки qTR при изменении давления рх в коллекторе (рис. 8.10).
Те же коэффициенты при наличии регуляторов давления производственных отборов могут быть рассчитаны следующим образом:
где σρ д=0,1 -0,12 — статизм регулятора давления.
Изменение мощности ТЭЦ при сбросе тепловой нагрузки из-за работы АЧР и необходимый регулирующий диапазон турбин ПТ могут быть рассчитаны следующим образом. По объему отключенной нагрузки определяется снижение потребления пара, далее по кт н рассчитывается изменение давления в коллекторе отборов. Эта величина дает возможность рассчитать изменение мощности турбин Р (по кРэл) и необходимый регулирующий диапазон турбин ПТ (по кпт).
Расчеты, выполненные для случая параллельной работы двух турбин ПТ-50-90 и двух турбин Р-50-90 при 30%-ном сбросе максимальной тепловой нагрузки [29], показали следующее. При наличии регуляторов давления на всех турбинах давление в коллекторе 1,6 МПа увеличилось на 0,04 МПа, мощность станции уменьшилась на 14 МВт, расход в отборе турбины ПТ снизился на 134,5 т/ч. При выведенных регуляторах на турбинах Р давление в коллекторе возросло на 0,085 МПа, расход пара в отбор турбин ПТ уменьшился на 285 т/ч, а мощность электростанции снизилась всего на 0,9 МВт, т. е. осталась практически неизменной. В [29] предложена структурная схема устройства для автоматического вывода из действия регулятора противодавления при сбросе тепловой нагрузки.
Эффективно задача ликвидации аварий с дефицитом мощности в отделившихся узлах с крупными потребителями тепла могла бы быть решена, если бы на ТЭЦ имелась возможность реализации вращающегося резерва за время порядка нескольких секунд. Однако существующие системы регулирования агрегатов на электростанциях с поперечными связями не отвечают этому требованию. В то же время принудительно можно увеличить мощность ТЭЦ, если пар промышленных и теплофикационных отборов в аварийных режимах использовать для выработки электроэнергии. Для этого необходимо разработать системы аварийного управления расходом пара в регулируемые отборы. По ориентировочным расчетам, сокращение расхода
пара только в отопительные отборы может дать до 30% дополнительной мощности. Разработки таких регуляторов в настоящее время ведутся. Испытания на турбине Т-50-130 опытного образца аварийного регулятора, разработанного САО Союзтехэнерго, показали, что электрическая мощность агрегата за 0,6 с может быть повышена на 25%.